Électronique d’un convertisseur photon-numérique 3D pour une résolution temporelle de 10 ps FWHM

Les technologies utilisant la détection monophotonique sont de plus en plus présentes dans nos vies. De nombreuses applications nécessitent un photodétecteur possédant une haute efficacité de détection ainsi que d’excellentes performances temporelles, de l’ordre de 10 ps LMH. L’un des exemples qui aura un impact dans nos vies à court terme est l’intégration de système de télémétrie laser sur les véhicules afin de les rendre autonomes. Le domaine de l’imagerie médicale peut également profiter du développement de nouveaux photodétecteurs possédant une très haute précision temporelle. Par exemple, la tomographie d’émission par positrons permet d’imager le métabolisme des cellules, une technique très utilisée dans la détection de tumeurs cancéreuses. Une résolution temporelle en coïncidence de 10 ps LMH permet d’augmenter drastiquement le contraste des images des scanners TEP en localisant l’endroit sur la ligne de réponse où s’est produite l’annihilation du positron et de l’électron. L’atteinte d’une résolution de 10 ps LMH représenterait un changement de paradigme puisqu’il serait possible de produire directement une image sans utiliser un processus de reconstruction. Présentement, les cristaux scintillateurs et les photodétecteurs sont les deux facteurs limitant l’atteinte d’une résolution de 10 ps LMH. Au niveau du photodétecteur, une gigue temporelle de détection de photon unique de 10 ps LMH est requise pour atteindre une résolution en coïncidence de 10 ps LMH. Le Groupe de recherche en appareillage médicale travaille à atteindre cette performance depuis de nombreuses années. Le projet phare du groupe au niveau du développement de photodétecteur est le convertisseur photon-numérique 3D. Pour ce détecteur, une intégration verticale 3D de deux puces de silicium est requise. Sur la première couche, une matrice de photodiode à avalanche monophotonique est conçue dans une technologie sur mesure de Teledyne Dalsa Semiconductor Inc est intégrée en 3D sur une seconde couc